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    海洋來源鄰苯二甲酸酯類化學(xué)成分和構(gòu)效關(guān)系研究

    2013-10-25 10:23:24高程海易湘茜謝文佩王一兵
    天然產(chǎn)物研究與開發(fā) 2013年10期
    關(guān)鍵詞:藤壺酯類化合物氫譜

    高程海,易湘茜,林 琳,3,謝文佩,3,龍 彬,3,王一兵*

    1廣西科學(xué)院廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn),南寧 530007;2廣西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,南寧 530001;3廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,南寧 530004

    在開發(fā)和利用海洋的歷史進(jìn)程中,人類一直面臨著防除海洋污損生物附著問題,采用防污劑制成防污涂料是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上最可行有效的手段。有機(jī)錫和氧化亞銅涂料曾經(jīng)是最有效的防污涂料,但是都由于不良生態(tài)環(huán)境影響已經(jīng)或準(zhǔn)備被禁止使用。針對(duì)這種現(xiàn)狀,尋找一種環(huán)境友好型的高效抗海洋生物污損物質(zhì)具有特殊的重要性和迫切性。海洋天然產(chǎn)物防污劑以其易降解、無毒、高效的特點(diǎn)而倍受關(guān)注。目前,已從多種海洋動(dòng)植物中獲得了一系列如甾類、萜類、肽類、生物堿類等具有抗海洋生物污損附著活性的海洋天然產(chǎn)物[1]。

    鄰苯二甲酸酯類(PAEs)化合物又稱增塑劑或塑化劑,自2011年中國臺(tái)灣地區(qū)爆出在飲料中非法添加以來,在多種食品、藥品、保健品、化妝品中均被檢出。今年11月以來,國內(nèi)高濃度白酒也被報(bào)道塑化劑超標(biāo),造成消費(fèi)者聞之色變。然而,常用作增塑劑的PAEs一直存在著天然來源[2],近些年也經(jīng)常從各種海洋生物中分離獲得[3-6]。研究表明,PAEs作為海洋生物的次生代謝產(chǎn)物,有抗海洋污損生物附著的功能[6]。本文報(bào)道了三種海洋生物中的鄰苯二甲酸酯類化合物分離、純化和結(jié)構(gòu)鑒定過程,并測(cè)試其抗海洋污損生物附著能力以及構(gòu)效關(guān)系。

    1 材料與方法

    1.1 儀器與試劑

    Brucker Avance 600型核磁共振波譜儀,TMS為內(nèi)標(biāo);waters 2695(PDA檢測(cè)器,10 mm×250 mm,5 um,Phenomenex);無菌操作臺(tái)SYD001(蘇州億達(dá)凈化設(shè)備有限公司);生化培養(yǎng)箱LRH-250A(廣東省醫(yī)療器械廠);雙層恒溫培養(yǎng)震蕩器ZHWY-2112C(上海智城分析儀器有限公司);高壓滅菌鍋HVE-50(日本 HIRAYAMA公司);超聲波細(xì)胞破碎儀VCX-500(美國SONICS公司);薄層色譜硅膠與柱層析硅膠(青島海洋化工廠);Sephadex LH-20(Pharmacia Biotech.Sweden);高效液相色譜用試劑為色譜純,所用試劑均為分析純。

    1.2 生物材料

    細(xì)菌菌株從廣西潿洲島海域采集的柳珊瑚Anthogorgia caerulea中分離,采用16S rRNA鑒定為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)。

    柳珊瑚樣品于2010年8月采自廣西潿洲島海域,由中國科學(xué)院南海海洋研究所李秀寶博士鑒定為Anthogorgia caerulea。

    真菌菌株從香港西貢紅樹林附近海水中分離得到,通過分析菌落形態(tài),采用形態(tài)學(xué)檢驗(yàn)確定Cladosporium sp.。

    1.3 發(fā)酵、提取和分離

    枯草芽孢桿菌經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)(培養(yǎng)基:牛肉膏3 g/L,蛋白胨10 g/L,氯化鈉5 g/L;培養(yǎng)條件:30℃,150 rpm),獲得60 L發(fā)酵液。用乙酸乙酯萃取發(fā)酵液,萃取液經(jīng)真空濃縮后得到萃取部位4.6 g。采用硅膠柱層析萃取部位,以石油醚-丙酮系統(tǒng)(100∶0~0∶100)梯度洗脫,得到E1~E35共35個(gè)流份。E8~E10流份經(jīng)硅膠柱層析,以石油醚-乙酸乙酯系統(tǒng)(50∶50)等梯度梯度洗脫得到化合物1(4.8 mg)。E17流份經(jīng)過半制備HPLC進(jìn)行分離后,得到化合物2(3.9 mg)和3(4.2 mg)。

    柳珊瑚Anthogorgia caerulea(濕重約5.0 kg)切碎,用乙醇-二氯甲烷(V∶V=1∶1)混合溶劑浸泡三次,每次一周,將所得粗提物加水混懸,依次用石油醚、乙酸乙酯和正丁醇各萃取三次,減壓回收試劑,得乙酸乙酯萃取物24.82 g。將乙酸乙酯萃取物裝入硅膠柱層析,以CHCl3-Me2CO系統(tǒng)(100∶0~50∶50)和CHCl3-MeOH系統(tǒng)(90∶10~0∶100)依次梯度洗脫,根據(jù)薄層色譜檢測(cè)后,合并近似流份,共得到10個(gè)分離部位(A-J)。組分E經(jīng)凝膠柱層析后,再用制備薄層色譜制備分離得到化合物4(2.6 mg)。組分J經(jīng)硅膠柱層析后,再用半制備高效液相色譜進(jìn)行分離,得化合物5(10.0 mg)。

    Cladosporium sp.F14經(jīng)發(fā)酵罐培養(yǎng)(酵母浸粉0.4%,麥芽粉0.5%,葡萄糖0.4%,海鹽1.8%)后,獲得120 L發(fā)酵液。乙酸乙酯萃取發(fā)酵液,再經(jīng)真空濃縮得萃取相8.7 g。采用硅膠柱(200~300目)層析萃取部位,合并近似流份,得到9個(gè)分離部位(gf1-gf 9)。gf 6經(jīng)硅膠柱層析,用氯仿和甲醇混合溶劑(V∶V=1∶0.05 ~1∶0.5)洗脫后,經(jīng)薄層色譜檢測(cè)后,合并為5個(gè)流份。流份gf 6-2經(jīng)過半制備HPLC進(jìn)行分離后,得到化合物6(5.0mg)。部位gf 6-4經(jīng)過半制備HPLC進(jìn)行分離后,得到化合物7(6.8 mg)和8(5.3 mg)。

    1.4 抗污損生物幼蟲附著活性篩選

    1.4.1 幼蟲的培養(yǎng)

    藤壺幼蟲的培養(yǎng)根據(jù) Thiyagarajan等[7]方法,在附著測(cè)試之前,處于介蟲狀態(tài)的藤壺幼蟲在8℃黑暗環(huán)境中放置4 d。

    1.4.2 抗幼蟲附著活性篩選

    化合物1~8分別溶解于DMSO溶液中,用無菌海水配制成 100、50、25 μg/mL、12.5、6.25、3.13、1.57 μg/mL共7個(gè)濃度梯度。在24孔板的每個(gè)孔中加入1 mL配制好的測(cè)試樣品(采用DMSO溶解)和20個(gè)游動(dòng)藤壺幼蟲,每個(gè)樣品做4個(gè)平行,加含有1 mL DMSO的無菌海水作為陰性對(duì)照。配有測(cè)試樣品的24孔板放于培養(yǎng)箱中,培養(yǎng)溫度為28℃,避光放置24 h后,觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過顯微鏡觀察逐個(gè)記錄已附著在板壁上的幼蟲個(gè)數(shù)和沒有附著在板壁上的幼蟲個(gè)數(shù)以及已死亡的幼蟲個(gè)數(shù)。統(tǒng)計(jì)已附著在板壁上的幼蟲個(gè)數(shù)占實(shí)驗(yàn)用總幼蟲個(gè)數(shù)的百分比,通過EPA PROBIT ANALYSIS PROGRAM Version 1.5軟件計(jì)算受測(cè)化合物的EC50和LC50。

    2 結(jié)構(gòu)鑒定

    圖1 化合物1~8的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of compounds of 1-8

    化合物1 無色油狀;分子式C24H38O4;TLC檢驗(yàn),紫外254 nm處有吸收,5%磷鉬酸乙醇溶液加熱不顯色;ESI-MS m/z:390.9[M+H]+;1H NMR(600 MHz,CD3OD)δH:7.72(2H,dd,J=5.7,3.3 Hz,H-3,6),7.63(2H,dd,J=5.7,3.3 Hz,H-4,5),4.00(4H,s,H-1',1''),1.68(2H,m,H-2',2'),1.43(4H,m,H-a',a''),1.37(4H,m,H-3',3''),1.32(8H,m,H-4',4'',5',5''),0.90(12H,m,H-6',6'',b',b'');13C NMR(150 MHz,CD3OD)δC:169.8(CO),133.6(C-4,5),132.5(C-1,2),129.9(C-3,6),69.1(C-1',1''),40.2(C-2',2''),31.6(C-3',3''),30.0(C-4',4''),23.8(C-5',5''),14.5(C-6',6''),24.7(C-a',a''),11.8(C-b',b'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[3]一致,故鑒定化合物1為鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯。

    化合物2 無色油狀;分子式C20H30O4;ESI-MS m/z:334.2 [M ]+,267.5,228.1,205.4,106.5,149.8,76.7;1H NMR(600 MHz,CD3OD)δH:7.71(2H,dd,J=6.0,3.6 Hz,H-3,6),7.53(2H,dd,J=6.0,3.6 Hz,H-4,5),4.29(4H,t,J=6.6 Hz,H-1'),4.23(2H,m,H-1''),1.68(3H,m,H-2',2''),1.43(4H,m,H-3',a''),1.32(6H,m,H-3'',4'',5''),0.93(9H,m,3 × CH3,H3-4',6'',b'');13C NMR(150 MHz,CD3OD)δC:168.6(CO),132.6(C-4),132.5(C-5),131.0(C-1,2),130.0(C-3,6),68.3(C-1''),65.7(C-1'),38.9(C-2''),30.7(C-2'),30.5(C-3''),29.9(C-4''),23.9(C-a''),23.1(C-5''),19.3(C-3'),13.8(C-4',6''),11.1(C-b'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[8]一致,故鑒定化合物2為2-O-butyl-1-O-(2'-ethylhexyl)benzene-1,8-dicarboxylate。

    化合物3 無色油狀物;分子式 C16H22O4;熔點(diǎn):327℃,ESI-MS m/z:278.3[M]+;1H NMR(600 MHz,CDC13)δH:7.72(2 H,dd,J=6.0,3.3 Hz,H-3,6),7.53(2H,dd,J=6.0,3.3 Hz,H-4,5),4.17(4H,d,J=6.5 Hz,H-1',1''),2.01(2H,m,H-2',2''),0.95(12H,d,J=6.5 Hz,H-3',3'',a',a'')。13C NMR(150 MHz,CDCl3) δC:167.1(CO),132.0(C-4,5),128.9(C-1,2),129.0(C-3,6),71.4(C-1',1''),27.6(C-2',2''),19.0(C-3',3'',a',a'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[9]一致,故鑒定化合物3為鄰苯二甲酸二異丁酯。

    化合物4 無色油狀;分子式C16H22O4;ESI-MS m/z:301.2[M+Na]+,579.3[2M+Na]+;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δH:7.71(2H,dd,J=5.7,3.3 Hz,H-3,6),7.52(2H,dd,J=5.7,3.3 Hz,H-4,5),4.30(4H,t,J=6.7 Hz,H-1',1''),1.71(4H,m,H-2',2''),1.44(4H,m,H-3',3''),0.96(6H,t,J=7.4 Hz,H-4',4'');13C NMR(150 MHz,CDCl3)δC:167.9(CO),132.4(C-4,5),131.1(C-1,2),129.0(C-3,6),65.7(C-1',1''),30.7(C-2',2''),19.3(C-3',3''),13.9(C-4',4'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[5]一致,故鑒定化合物4為鄰苯二甲酸二丁酯。

    化合物5 無色油狀;分子式C24H38O4;ESI-MS m/z:335.4[M+H]+;1H NMR(600 MHz,CD3OD)δH:7.72(2H,dd,J=5.7,3.3 Hz,H-3,6),7.63(2H,dd,J=5.7,3.3 Hz,H-4,5),4.19(4H,m,H-1',1''),1.87(2H,m,H-2',2''),1.43(8H,m,H-4',4'',b',b''),1.32(8H,m,H-3',3'',a',a''),0.94(12H,m,H-5',5'',c',c'');13C NMR(150 MHz,CD3OD)δC:169.4(CO),133.6(C-4,5),132.5(C-1,2),129.9(C-3,6),69.1(C-1',1''),38.7(C-2',2''),32.6(C-3',3'',a',a''),24.0(C-4',4'',b',b''),14.8(C-5',5'',c',c'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[4]一致,故鑒定化合物5為鄰苯二甲酸二(2-丙基)戊酯。

    化合物6 無色油狀物;分子式C20H30O4;EIMS m/z 334.2 [M]+。IR(KBr)νmax:3441,2954,2922,2867,1722,1597,1570,1 470,1130 cm-1。1H NNR(600 MHz,CDCl3)δ:7.81(2H,dd,J=6.0,3.5 Hz,H-3,6),7.78(2H,dd,J=6.0,3.5 Hz,H-4,5),4.32(4H,m,H-1',l''),1.65(2H,m,H-2',2''),1.52(8H,m,H-3',3'',a',a''),0.91(6H,t,J=4.5 Hz,H-4',4''),0.96(6H,t,J=4.5 Hz,H-b',b'')。13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:168.1(C=O),132.0(C-1,2),131.2(C-3,6),128.2(C-4,5),68.4(C-1',l'),38.0(C-2',2''),30.7(C-3',3''),14.0(C-4',4''),23.7(C-a',a''),12.1(C-b',b'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[10-11]一致,故鑒定化合物6為鄰苯二甲酸二(2-乙基)丁酯。

    化合物7 無色油狀物;分子式C30H50O4;EIMS m/z 474.3 [M]+。1H NNR(600 MHz,CDCl3)δ:7.69(2H,dd,J=6.0,3.5 Hz,H-3,6),7.61(2H,dd,J=6.0,3.5 Hz,H-4,5),4.21(4H,m,H-1',l''),1.70(2H,m,H-2',2''),1.42(24H,m,H-3',3'',4',4'',5',5'',6',6'',8',8'',a',a''),0.85(6H,t,J=4.5 Hz,H-9',9''),0.90(6H,t,J=4.5 Hz,H-b',b'')。13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:168.1(C=O),132.1(C-1,2),131.1(C-3,6),128.5(C-4,5),68.0(C-1',l''),38.2(C-2',2''),30.2(C-3',3''),27.8(C-4',4''),29.8(C-5',5''),29.3(C-6',6''),31.8(C-7',7''),22.7(C-8',8''),14.0(C-9',9''),23.7(C-a',a''),11.9(C-b',b'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[12]一致,故鑒定化合物7為鄰苯二甲酸二(2-乙基)壬酯。

    化合物8 無色油狀物,分子式C32H54O4;EIMS m/z 502.4 [M]+。1H NNR(600 MHz,CDCl3)δ:7.64(2H,dd,J=6.0,3.5 Hz,H-3,6),7.67(2H,dd,J=6.0,3.5 Hz,H-4,5),4.20(4H,m,H-1',l''),1.70(2H,m,H-2',2''),1.42(28H,m,H-3',3'',4',4'',5',5'',6',6'',8',8'',9',9'',a',a''),0.85(6H,t,J=4.5 Hz,H-10',10''),0.90(6H,t,J=4.5 Hz,H-b',b'');13C NMR(150 MHz,CDCl3)δ:132.1(C-1,2),131.1(C-3,6),128.5(C-4,5),168.1(C=O),68.0(C-1',l''),38.2(C-2',2''),30.2(C-3',3''),27.8(C-4',4''),29.8(C-5',5''),29.3(C-6',6''),31.8(C-7',7''),22.7(C-8',8''),23.0(C-9',9''),14.7(C-10',10''),23.1(C-a',a''),12.3(C-b',b'')。上述氫譜和碳譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[13]一致,故鑒定化合物8為鄰苯二甲酸二(2-乙基)癸酯。

    3 抗污損生物附著活性及構(gòu)效關(guān)系研究

    藤壺(Balanus)屬于甲殼綱藤壺科動(dòng)物。藤壺幼蟲從母體脫離開后,隨后洋流漂浮,遇到人類建筑物如碼頭、船底、核電站排水口后就會(huì)附著其上,很難被清除,嚴(yán)重影響人類生產(chǎn)生活安全和造成經(jīng)濟(jì)損失,是一種典型的海洋污損生物。通過測(cè)試鄰苯二甲酸酯類化合物1~8抗藤壺幼蟲附著活性發(fā)現(xiàn),化合物1~8都顯示出具有抗海洋污損生物藤壺幼蟲附著活性,EC50(半最大效應(yīng)濃度)值均低于美國海軍研究中心認(rèn)定能做海洋抗污損劑最低要求(25 μg/mL),且LC50(半致死濃度)也均高于100(μg/mL)。

    表1 鄰苯二甲酸酯類化合物抗藤壺幼蟲附著活性Table 1 Anti-larval settlement activity of PAEs using the barnacle Balanus amphitrite

    對(duì)照測(cè)試化合物1~8的結(jié)構(gòu)共同點(diǎn),再與之前測(cè)試已報(bào)道化合物活性[6,14,15]對(duì)比,可知酯結(jié)構(gòu)單元與抗海洋污損生物附著活性密切相關(guān),其他類型活性測(cè)試也存在該結(jié)論[16,17]。原因?yàn)楫?dāng)含有酯結(jié)構(gòu)單元時(shí),化合物通過擴(kuò)散效應(yīng)比較容易穿透細(xì)胞壁,進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,因此也更容易顯示出活性[16]?;衔?~8中脂肪鏈長(zhǎng)短,對(duì)其抗海洋污損生物附著活性有顯著影響。表1中表明,鄰苯二甲酸酯類化合物脂肪鏈越長(zhǎng),抗海洋污損生物附著能力越強(qiáng),如化合物8的脂肪鏈有10個(gè)碳,而化合物5只有3個(gè)碳,前者抗藤壺幼蟲附著活性是后者10倍。有文獻(xiàn)[14]報(bào)道說長(zhǎng)脂肪鏈可使酯類化合物更加容易接觸到作用部位。脂肪側(cè)鏈中支鏈對(duì)化合物1~8也有一定的影響,從其抗藤壺幼蟲附著活性結(jié)果可知,存在脂肪支鏈比沒有支鏈活性強(qiáng),脂肪支鏈長(zhǎng)比短活性強(qiáng)。推測(cè)原因是脂肪側(cè)鏈中存在支鏈可以增加鄰苯二甲酸酯類化合物的脂溶性,從而增加其擴(kuò)散效應(yīng),達(dá)到與存在酯結(jié)構(gòu)單元相同的目的。

    4 結(jié)論

    通過各種分離技術(shù)和結(jié)構(gòu)鑒定方法,從柳珊瑚Anthogorgia caerulea、枯草芽孢桿菌和真菌Cladosporium sp.發(fā)酵液中共分離鑒定了8個(gè)鄰苯二甲酸酯類化合物。采用典型海洋污損生物藤壺的幼蟲,測(cè)試了獲得8個(gè)化合物抗海洋污損生物附著能力,發(fā)現(xiàn)化合物1~8均顯示出具有開發(fā)成海洋抗污劑的潛力(EC50<25 μg/mL)。研究鄰苯二甲酸酯類化合物的構(gòu)效關(guān)系發(fā)現(xiàn),該類化合物含有的脂類結(jié)構(gòu)、脂肪側(cè)鏈和脂肪側(cè)鏈中支鏈均影響該類化合物的抗海洋污損生物附著能力。

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